鋰離子電池硅基負(fù)極相關(guān)研究：

鋰離子電池發(fā)展到今天，人們對于其能量密度的要求越來越高。硅基鋰離子電池負(fù)極材料由于具有較低的氧化還原電位和高理論比容量，因此能夠為全電池提供更高的能量密度。然而，硅負(fù)極在鋰化/脫鋰化過程中存在著嚴(yán)重的體積膨脹效應(yīng)，這種劇烈的體積膨脹在每一周循環(huán)過程中都會持續(xù)發(fā)生對全電池的穩(wěn)定性造成致命傷害。通常，人們采用在硅納米顆粒表面構(gòu)建緩沖層（如聚合物緩沖層、碳包覆層、液態(tài)金屬包覆層等）的方法來抑制體積膨脹。但是，這些緩沖層要么具有多孔特性無法阻止電解液的滲透、要么與硅顆粒之間相互作用太弱以至于承受不了體積膨脹而脫落。

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針對上述問題，艾新平教授團(tuán)隊認(rèn)為，必須在硅納米顆粒表面構(gòu)建一層與硅存在鍵合作用的致密緩沖層，使其在體積膨脹過程中能夠適應(yīng)硅顆粒的體積變化不脫落，持續(xù)抑制電解液與活性材料的接觸以避免SEI反復(fù)成膜，這樣才能夠有效解決硅負(fù)極存在的問題。他們利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的酯基官能團(tuán)與硅納米粒子表面Si-OH的鍵合作用成功地將PMMA包覆在表面，然后一步熱解得到雙核殼結(jié)構(gòu)的Si@SiOx@C材料[4]。得益于外層致密的碳層對電解液的封閉作用和中間SiOx對體積膨脹的緩沖效應(yīng)，這種復(fù)合硅負(fù)極能夠?qū)崿F(xiàn)1972mAh/g的高容量和長達(dá)500周的穩(wěn)定循環(huán)。長期循環(huán)過程中高達(dá)99.5%的庫倫效率說明Si@SiOx@C復(fù)合負(fù)極體積膨脹造成的活性物質(zhì)消耗確實得到了很大程度的緩解。

圖3 Si/PPP復(fù)合負(fù)極的制備過程示意圖

在上述致密鍵合性緩沖層思想的指導(dǎo)下，艾新平教授團(tuán)隊又用簡單的機械化學(xué)方法制備了一種平面有序N摻雜導(dǎo)電聚合物包覆的復(fù)合硅負(fù)極Si/PPP（聚對苯）[5]。這種完全由芳香環(huán)組成的導(dǎo)電聚合物能夠在Si顆粒表面以平面的方式緊密堆積鍵合，從而形成兼具電子電導(dǎo)、聚合物柔性和致密性的人工SEI層。這種Si/PPP負(fù)極的可逆比容量高達(dá)2387mAh/g，在循環(huán)500周后的容量保持率高達(dá)88.5%，長循環(huán)過程中平均庫侖效率高達(dá)99.7%。
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